KR20070057214A - Monosteel piston having oil drainage groove with enhanced drainage features - Google Patents

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Abstract

A monobloc piston assembly includes a piston head having a combustion bowl found in an upper surface and a ring belt found with a plurality of ring grooves. An oil cooling gallery is formed in the piston head adjacent the combustion bowl and ring belt. A pair of pin bosses are formed with aligned pin bores and a piston skirt is formed as an immovable piece with the pin bosses. An oil drainage groove is formed below the ring grooves and includes at least one drain hole open to the interior of the piston skirt.

Description

배출 기능이 향상된 오일 배출 그루브를 구비한 모노스틸 피스톤{MONOSTEEL PISTON HAVING OIL DRAINAGE GROOVE WITH ENHANCED DRAINAGE FEATURES}MONOSTEEL PISTON HAVING OIL DRAINAGE GROOVE WITH ENHANCED DRAINAGE FEATURES}

본 발명은 디젤 엔진 장치용 피스톤에 관한 발명이다. The present invention relates to a piston for a diesel engine device.

일부 중하중(heavy duty) 디젤 엔진 장치에 대하여, 엔진이 낮은 아이들링 상태에 있을 때, 일정량의 미스트(mist) 또는 증기가 엔진 브리더(breather)로부터 방출되는 것으로 알려져 있다. 이러한 현상은 부분적으로 파워 실린더에서 불충분한 오일 배출 때문인 것으로 여겨진다. 많은 중하중 디젤 피스톤은 세 개의 링 그루브(groove)를 갖추도록 제작된다. 이들 중 상부의 두 개는 압축 링을 수용하고, 하부 그루브는 오일 스크레이퍼 링(scrapper ring)을 수용한다. 피스톤이 왕복운동 할 때, 오일은 실린더 벽으로부터 긁혀져 크랭크 케이스를 향하여 아래로 떨어진다. 오일의 양이 증가할 때, 또는 피스톤이 왕복운동하는 연소 실린더 라이너 표면에 존재하는 오일의 양이 증가할 때, 오일 배출를 위한 종래의 접근법으로는 불충분할 수 있다. 스커트가 상부 크라운을 구비한 일체(소위 모노블록 피스톤)로 제작될 때 다른 문제점이 발생하게 된다. For some heavy duty diesel engine units, it is known that a certain amount of mist or steam is released from the engine breather when the engine is in a low idling state. This phenomenon is believed to be due in part to insufficient oil discharge from the power cylinder. Many heavy duty diesel pistons are manufactured with three ring grooves. The upper two of these receive the compression ring and the lower groove receives the oil scraper ring. When the piston reciprocates, the oil is scratched from the cylinder wall and falls down towards the crankcase. When the amount of oil increases, or when the amount of oil present on the combustion cylinder liner surface in which the piston reciprocates increases, conventional approaches for oil drainage may be insufficient. Another problem arises when the skirt is made of a single piece (so-called monoblock piston) with an upper crown.

미국 특허 제6,557,514호에는, 압축 링 및 오일 스크레이퍼 링을 수용하기 위한 세 개의 링 그루브를 구비하고, 최하부의 오일 링 그루브 아래에는 네 번째 그루브를 구비하고 있는 모노블록 피스톤을 개시하고 있다. 네 번째 그루브는 다른 링으로부터 제약이 없고, 라이너 벽으로부터 긁혀진 오일의 처리를 개선하기 위하여 링에 의해 긁혀진 오일이 들어갈 수 있는 부조(relief) 또는 함몰부(depression)로서의 기능을 하기 위해 존재한다. 그러나, 이러한 구성이 전술한 낮은 아이들 상태 하에서 오일 제어의 처리에 있어서는 일정한 장점을 가져오지만, 소위 화이트 베이퍼(white vapor) 상태가 여전히 존재하는 문제가 있다. U. S. Patent No. 6,557, 514 discloses a monoblock piston having three ring grooves for receiving a compression ring and an oil scraper ring and a fourth groove under the lower oil ring groove. The fourth groove is free from other rings and exists to function as a relief or depression into which the oil scratched by the ring can enter to improve handling of the oil scratched from the liner wall. . However, although such a configuration brings certain advantages in the treatment of oil control under the low idle state described above, there is a problem that a so-called white vapor state still exists.

본 발명의 목적은 "화이트 베이퍼" 문제를 크게 최소화하거나 제거하고, 네 번째 오일 배출 그루브를 사용하는 피스톤을 포함하여 종래의 모노블록 피스톤을 개량하는 것이다. It is an object of the present invention to greatly minimize or eliminate the "white vapor" problem, and to improve the conventional monoblock pistons, including pistons using a fourth oil drain groove.

모노블록 피스톤 조립체는 상부 면에 있는 연소 보울; 및 복수의 링 그루브가 있는 링 벨트;를 구비한 피스톤 헤드를 포함하고 있다. 오일 냉각 갤러리는 피스톤 헤드에 연소 보울 및 링 벨트에 인접하여 형성되어 있다. 한 쌍의 핀 보스는 정렬된 핀 보어에 형성되어 있고, 핀 스커트는 핀 보스와 함께 부동(immovable) 편으로 형성되어 있다. 오일 배출 그루브는 링 그루브 아래에 형성되어 있고, 핀 스커트 내부로 개방되어 있는 적어도 하나의 배출구를 포함하고 있다. The monoblock piston assembly includes a combustion bowl on the top surface; And a ring belt having a plurality of ring grooves. An oil cooling gallery is formed adjacent to the combustion bowl and ring belt on the piston head. The pair of pin bosses are formed in the aligned pin bores, and the pin skirt is formed with the pin bosses in an immovable side. The oil discharge groove is formed under the ring groove and includes at least one outlet opening open into the pin skirt.

오일 배출 그루브에서의 상기 적어도 하나의 배출구는 그루브의 오일 배출 기능을 향상시키고, 특히 과잉 오일을 피스톤의 내부로 향하게 함으로써, 화이프 베이퍼 발생을 없애거나 그 발생을 감소시키는 데 기여한다. The at least one outlet in the oil discharge groove improves the oil drainage function of the groove and contributes to eliminating or reducing the occurrence of wipe vapors, in particular by directing excess oil into the interior of the piston.

도 1은 피스톤의 사시도이다. 1 is a perspective view of a piston.

도 2는 도 1의 직선 2-2를 따라 대체로 취한 전단면도이다. 2 is a shear cross-sectional view taken generally along the straight line 2-2 of FIG.

도 3은 피스톤의 저면도이다. 3 is a bottom view of the piston.

도 4는 도 1 및 도 3의 직선 4-4를 따라 대체로 취한 전단면도이다. 4 is a shear cross-sectional view taken generally along the straight lines 4-4 of FIGS. 1 and 3.

본 발명의 여러 구성 및 효과는 첨부된 도면 및 아래의 상세한 설명을 참조하면 더욱 용이하게 이해될 것이다. Various configurations and effects of the present invention will be more readily understood with reference to the accompanying drawings and the following detailed description.

본 발명의 본 실시예에 따라 구성된 모노블록 피스톤이 참조번호 10으로써 도면에 도시되어 있다. 모노블록 피스톤(10)은, 적어도 부분적으로 폐쇄된 오일 냉각 갤러리(18)를 제공하기 위하여 조인트(16)를 가로질러 하부 크라운(14)에 결합되어 있는 상부 크라운(12)를 포함한다. 오일 냉각 갤러리(18)는, 차량 엔진으로부터 하나 이상의 포트(20)를 통하여 펌핑된(pumped) 냉각 오일(도면에 미 도시)이 아래에서부터 공급된다. 포트(20)는, 공지된 방식으로 상부 크라운 부(12)를 냉각시키기 위하여, 피스톤의 작동 중에 냉각 오일을 갤러리 내부로 향하게 하기 위하여 갤러리의 플로어(22)를 통과하여 뻗어있다. A monoblock piston constructed in accordance with this embodiment of the present invention is shown in the figure by reference numeral 10. The monoblock piston 10 includes an upper crown 12 coupled to the lower crown 14 across the joint 16 to provide an oil cooled gallery 18 that is at least partially closed. The oil cooling gallery 18 is supplied from below with cooling oil (not shown in the figure) pumped from the vehicle engine through one or more ports 20. The port 20 extends through the floor 22 of the gallery to direct cooling oil into the gallery during operation of the piston, in order to cool the upper crown portion 12 in a known manner.

피스톤(10)은, 하부 크라운(14)과 일체로 형성되어 한 쌍의 고정 스커트 부(28)를 지지하는 한 쌍의 핀 보스 부(26)를 포함하고 있다. 고정 스커트 부(28)는 동일한 재료의 하부 크라운(14)의 핀 보스와 일체로 형성되어 있다. 상부 크라운(12)은 상부 크라운(12)의 상부면(32) 안으로 오목하게 되어 있고 오일 갤러리(18)의 일부 벽을 형성하는 연소 보울(30)을 포함하고 있다. 외측 환형 링 벨 트(34)가 오일 갤러리(18)을 둘러싸면서 상부 크라운(12)의 상부면(32)으로부터 하측으로 뻗어있다. 링 벨트(34)에는 피스톤(10)의 외측 환형 면(38) 안으로 오목하게 되어 있는 복수의 링 그루브(36)가 형성되어 있어서, 이에 상응하는 복수의 피스톤 링(40)을 수용한다. 최하측의 링 그루브는 오일 스크레이퍼 링(또는 링 세트)(40)을 수용하기 위한 오일 링 그루브를 포함하고 있다. 도시된 바와 같이, 바람직하게 피스톤은 최하측의 링 그루브 위에 두 개의 추가적인 링 그루브(36)를 포함하고 있고, 이들은 바람직하게 한 쌍의 상응하는 압축 피스톤 링(40)을 수용한다. 오일 링 및 압축 링의 이러한 구성은 중하중 피스톤 장치에 일반적이며, 링의 특정 사이즈, 형상 또는 타입은 장치마다 다를 수 있으므로, 넓은 의미에서 본 발명은 피스톤이 적어도 하나의 오일 링 그루브 및 오일 링 그루브 위에 갖추어진 적어도 하나의 압축 링 그루브, 바람직하게는 두 개의 그러한 압축 링 그루브를 포함하는 것을 의도한다. The piston 10 includes a pair of pin boss portions 26 which are integrally formed with the lower crown 14 and support a pair of fixed skirt portions 28. The fixed skirt portion 28 is formed integrally with the pin boss of the lower crown 14 of the same material. The upper crown 12 includes a combustion bowl 30 that is concave into the upper surface 32 of the upper crown 12 and forms part of the wall of the oil gallery 18. The outer annular ring belt 34 extends downward from the upper surface 32 of the upper crown 12 while surrounding the oil gallery 18. The ring belt 34 is formed with a plurality of ring grooves 36 which are concave into the outer annular face 38 of the piston 10 to accommodate the corresponding plurality of piston rings 40. The lowermost ring groove includes an oil ring groove for receiving the oil scraper ring (or ring set) 40. As shown, the piston preferably comprises two additional ring grooves 36 above the lowermost ring groove, which preferably receive a pair of corresponding compression piston rings 40. Such configurations of oil rings and compression rings are common for heavy duty piston devices, and the specific size, shape or type of rings may vary from device to device, so in a broad sense the invention contemplates that the piston has at least one oil ring groove and oil ring groove. It is intended to include at least one compression ring groove, preferably two such compression ring grooves, provided above.

피스톤(10)에는 최하측 피스톤 링 그루브(36) 아래(즉, 오일 링 그루브 아래)에 적어도 하나의 추가적인 그루브(42)가 형성되어 있다. 추가적인 그루브(42)는 오일이 피스톤 링을 넘어서 통과하는 것을 최소화하기 위하여 피스톤(10)이 작동하는 실린더의 벽으로부터 오일의 흐름을 긁어낼 수 있도록 설계되어 있다. 오일 배출 그루브(42)는 스커트 부(28) 둘레에 뻗어있고, 핀 보스(26)의 외측의 편평한 면(44)으로 열려있어서, 원주방향으로 연속되어 있는 피스톤 링 그루브(36)와는 달리 그루브(42)는 원주방향으로 불연속적이다. 도시된 것보다 더 얕거나 더 깊은 네 번째 그루브(42)가 사용될 수 있어서 본 발명에 의해 고려될 수 있지만, 오일 배출 그루브(42)는 링 그루브(36)보다 깊이가 더 얕을 수도 있다. 오일 배출 그루브(42)는, 필요하다면 더 높거나 더 낮을 수도 있지만, 오일 냉각 갤러리(18)의 플로어(22)와 대체로 동일한 평면에 있는 것을 도 2에서 발견할 수 있다. The piston 10 is formed with at least one additional groove 42 below the lowermost piston ring groove 36 (ie below the oil ring groove). The additional groove 42 is designed to scrape the flow of oil from the wall of the cylinder in which the piston 10 operates to minimize the passage of oil over the piston ring. The oil discharge groove 42 extends around the skirt portion 28 and is open to the outer flat surface 44 of the pin boss 26, so that the groove (in contrast to the circumferentially continuous piston ring groove 36) 42 is discontinuous in the circumferential direction. A fourth groove 42 that is shallower or deeper than shown may be used and may be contemplated by the present invention, but the oil drain groove 42 may be shallower than the ring groove 36. It can be found in FIG. 2 that the oil drain groove 42 may be higher or lower if desired, but generally in the same plane as the floor 22 of the oil cooling gallery 18.

핀 보스(26)에는, 핀 보어 축선을 따라 정렬되어 있고; 피스톤(10)을 커넥팅 로드(도면에 미 도시)에 결합하기 위한 피스톤 핀(wrist pin)(도면에 미 도시)을 수용하기에 적합한; 핀 보어(46)가 형성되어 있다. 도 3의 기저부로부터 알 수 있는 것처럼, 핀 보어 축선(48)은 스커트 부(28)을 양분하는 횡단 축선(50)과 직교한다. 적어도 하나의, 바람직하게는 복수의 배출구(52)가 오일 배출 그루브(42)에 형성되어 있고, 스커트 부(28) 안에서 피스톤의 내부로부터 크랭크 케이스 내부로 다시 배출하기 위하여 오일 갤러리(18)의 아래에서 피스톤(10)의 내부로 개방되어 있다. 적어도 하나의, 바람직하게는 복수의 배출구(52)는 핀 보스(26)로부터 원주방향으로 이격되어 있다. 도 1 및 도 3에 잘 나타나 있는 것처럼, 네 번째 오일 배출 그루브(42)로부터 스커트 부(28)의 내부로 뻗어있는 네 개의 이러한 오일 배출구(52)가 바람직하게 구비되어 있다. 바람직하게, 배출구(52)는 횡단 축선(50)을 포함하는 수직면으로부터 15°떨어져 위치되어 있고, 따라서 서로에 대하여 30°만큼 떨어져 있다. 이러한 구성이 바람직하지만, 본 발명은 오일의 흐름을 최적으로 처리할 수 있는 다른 구성의 오일 배출구(52)를 고려하고 있다. 도 2에 잘 도시되어 있는 것처럼, 오일 배출구(52)는 오일 배출 그루브(42)의 외측 가장자리 부근에서 시작하여 약 20°의 각도로 내측 및 외측으로 뻗어있고 스커트 부(28)의 내측 벽(54)의 내측으로 피스톤의 내부로 개방되어 있다. 따라서, 오일 배출 그루 브(42)로부터 편평한 면 영역(44)으로 흘러나오는 오일에 더하여, 오일은 배출구(52)를 통하여 더욱 흘러나와서 오일 배출 그루브(42)의 오일 배출 기능을 향상시킬 수 있다. The pin boss 26 is aligned along the pin bore axis; Suitable for receiving a piston pin (not shown in the figure) for coupling the piston 10 to a connecting rod (not shown in the figure); The pin bore 46 is formed. As can be seen from the base of FIG. 3, the pin bore axis 48 is orthogonal to the transverse axis 50 bisecting the skirt portion 28. At least one, preferably a plurality of outlets 52 are formed in the oil outlet groove 42 and underneath the oil gallery 18 for discharging back from the interior of the piston to the interior of the crankcase within the skirt portion 28. Is open into the piston 10. At least one, preferably plurality of outlets 52 are circumferentially spaced from the pin boss 26. As best seen in FIGS. 1 and 3, four such oil outlets 52 are preferably provided which extend from the fourth oil outlet groove 42 into the skirt portion 28. Preferably, the outlets 52 are located 15 ° away from the vertical plane comprising the transverse axis 50 and are thus spaced 30 ° away from each other. While this configuration is preferred, the present invention contemplates an oil outlet 52 of another configuration that can optimally handle the flow of oil. As best shown in FIG. 2, the oil outlet 52 extends inward and outward at an angle of about 20 ° starting near the outer edge of the oil outlet groove 42 and the inner wall 54 of the skirt portion 28. Inside the piston). Thus, in addition to the oil flowing out of the oil discharge groove 42 into the flat surface area 44, the oil can flow further through the discharge port 52 to improve the oil discharge function of the oil discharge groove 42.

전술한 설명에 비추어 본 발명의 많은 수정 및 변형이 가능하다는 것이 명백하다. 그러므로, 특허청구범위의 범위 내에서 본 발명은 전술한 것과는 다르게 실시될 수 있다는 것이 자명하다. It is apparent that many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above description. Therefore, it is apparent that within the scope of the claims, the invention may be practiced otherwise than as described above.

Claims (8)

모노블록 피스톤 조립체에 있어서, In a monoblock piston assembly, 연소 보울 및 링 벨트를 구비하고 있는 피스톤 헤드로서, 상기 연소 보울은 상기 피스톤 헤드의 상부 면에 형성되어 있고 상기 링 벨트는 상기 링 벨트의 외측면에 복수의 링 그루브를 구비하고 있는 피스톤 헤드;A piston head having a combustion bowl and a ring belt, said combustion bowl being formed on an upper surface of said piston head, said ring belt having a plurality of ring grooves on an outer surface of said ring belt; 상기 연소 보울과 상기 링 벨트에 인접하여 상기 피스톤 헤드에 형성되어 있는 오일 냉각 갤러리;An oil cooling gallery formed in the piston head adjacent to the combustion bowl and the ring belt; 상기 피스톤 헤드로부터 뻗어있는 한 쌍의 핀 보스;A pair of pin bosses extending from the piston head; 상기 핀 보스와 단일의 부동 편으로서 형성되어 있는 피스톤 스커트;A piston skirt formed as a single floating piece with the pin boss; 상기 링 그루브 아래 형성되어 있는 오일 배출 그루브; 및 An oil drain groove formed under the ring groove; And 상기 오일 배출 그루브에 형성되어 있고 상기 피스톤 스커트의 내부로 개방되어 있는 적어도 하나의 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노블록 피스톤 조립체.And at least one outlet formed in said oil discharge groove and open into said piston skirt. 제 1 항에 있어서, 상기 배출구를 복수 개 포함하는 것을 특징으로 하는 모노블록 피스톤 조립체.The monoblock piston assembly according to claim 1, comprising a plurality of said outlets. 제 2 항에 있어서, 복수의 상기 배출구는 서로에 대하여 이격되어 있고, 상기 핀 보스의 외측면으로부터 반경방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 모 노블록 피스톤 조립체.3. The monoblock piston assembly of claim 2 wherein the plurality of outlets are spaced apart from each other and radially spaced from an outer surface of the pin boss. 제 3 항에 있어서, 복수의 상기 배출구는 네 개의 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노블록 피스톤 조립체. 4. The monoblock piston assembly of claim 3 wherein the plurality of outlets comprises four outlets. 제 4 항에 있어서, 복수의 상기 배출구는 상기 핀 스커트를 양분하는 횡단 축선을 포함하는 수직면으로부터 약 15°이격되어 있는 것을 특징으로 하는 모노블록 피스톤 조립체. 5. The monoblock piston assembly of claim 4 wherein the plurality of outlets are spaced about 15 ° from a vertical plane that includes a transverse axis that bisects the pin skirt. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 배출구는 내측 및 외측으로 소정의 각도로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 모노블록 피스톤 조립체. 2. A monoblock piston assembly according to claim 1 wherein at least one said outlet extends at an angle inward and outward. 제 6 항에 있어서, 상기 각도는 수직으로부터 약 20°인 것을 특징으로 하는 모노블록 피스톤 조립체. 7. The monoblock piston assembly of claim 6, wherein the angle is about 20 degrees from vertical. 모노블록 피스톤을 제조하기 위한 방법에 있어서, In a method for producing a monoblock piston, 상부 표면에 연소 보울을 구비한 피스톤 헤드를 성형하고, 링 벨트의 외측면에 복수의 링 그루브를 성형하는 단계;Shaping a piston head having a combustion bowl on an upper surface, and forming a plurality of ring grooves on an outer surface of the ring belt; 피스톤 헤드에 오일 냉각 갤러리를 성형하고, 연소 챔버에 대향하여 피스톤 헤드로부터 뻗어있는 한 쌍의 핀 보스에 핀 보어를 구비하는 단계; Forming an oil cooling gallery in the piston head and providing a pin bore in a pair of pin bosses extending from the piston head opposite the combustion chamber; 피스톤 바디와 핀 보스에 대하여 단일 편의 부동 구조로서 피스톤 스커트를 성형하는 단계;Shaping the piston skirt as a single piece floating structure with respect to the piston body and the pin boss; 피스톤 헤드에, 핀 보스 사이에서 연속되고 핀 보스의 측면을 가로질러 불연속적이고 개방되어 있는 오일 배출 그루브를 성형하는 단계; 및Forming, in the piston head, an oil drain groove that is continuous between the pin bosses and is discontinuous and open across the sides of the pin bosses; And 오일 배출 그루브에, 피스톤 스커트의 내부로 개방되는 적어도 하나의 배출구를 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노블록 피스톤을 제조하기 위한 방법. Forming in the oil discharge groove at least one outlet opening into the interior of the piston skirt.
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